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先进燃料电池汽车能量流特性测试结果分享

2023-12-06 14:32:50·  来源：特嗨氢能检测  
　
能量管理是混合动力系统的核心。对于燃料电池汽车，其能量管理策略应能合理的分配燃料电池和动力电池的功率输出，优化二者的效率，并控制动力电池的SOC处于合理的范围内。本文分析了某韩系燃料电池乘用车恒功率模式和CLTC-P循环工况下的能量流特性。整车动力

能量管理是混合动力系统的核心。对于燃料电池汽车，其能量管理策略应能合理的分配燃料电池和动力电池的功率输出，优化二者的效率，并控制动力电池的SOC处于合理的范围内。本文分析了某韩系燃料电池乘用车恒功率模式和CLTC-P循环工况下的能量流特性。


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整车动力系统参数


整车动力系统包括燃料电池系统、高压接线盒、BHDC/LDC、驱动电机及减速器和高压动力电池。在后排座椅和行李舱下方布置三个规格相同的气瓶，容积为156.6L（52.23）。


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整车动力系统布局


燃料电池堆最大功率95 kW，其与高压总线（250-450 VDC）相连，后经BHDC/LDC降压至240 V并与动力电池连接。动力电池为锂离子聚合物电池，额定电压240 V，容量1.56 kWh，重量51.2 kg。驱动电机为永磁同步电机，最大功率113 kW，最大扭矩395 Nm，主减速比7.981。


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整车高压架构


— 01 —

恒功率模式


当电堆功率为10kW，车辆运行相对稳定时，动力电池基本没有能量输出，保持在0或以下。在最大测试功率80kW时，动力电池也不产生能量，并且电堆和动力电池保持在相对稳定的阶段。


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恒功率模式下，车速、电堆功率和动力电池功率


当电堆功率由30kW增大到40kW后动力电池输出功率由2.6kW缓慢下降至0.5kW，表明车辆的动力电池具有更高的参与度。


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电堆输出功率由30kW增大至40kW时动力电池输出功率


— 02 —

CLTC-P循环工况


从6个循环工况能量流测试结果可以看出动力电池电量在0附近波动，FC输出电量与总输出电量相差较小，说明该车辆主要以FC来驱动车辆行驶，动力电池仅起到“削峰填谷”的作用。


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— 03 —

基于SOC的燃料电池电堆运行特性


连续6次CLTC-P循环工况下动力电池SOC和车速测试结果如下图所示。较小车速时，电池SOC跟随车速变化，且6个循环的SOC变化趋势相同。在后续高速和大的加速度工况，SOC下降明显，并出现两个极值。总体而言，SOC在53.5%和60%之间，平均值为56.7%。


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连续6次CLTC-P循环工况运行特性


— 04 —

SOC变化统计


对于每一个测试循环，车辆的SOC保持在一定范围内，且随车速和时间变化并不明显。SOC上下限值没有规律，SOC值相对稳定说明动力电池并非连续放电或连续充电。对于能量管理策略而言，燃料电池电堆功率跟随驱动电机功率变化，这也意味着车辆的能量管理策略都具备跟踪需求功率的能力。


从下图可以看出，动力电池SOC平均值保持在80%左右，整体变动范围小于20%。


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6个CLTC-P循环的SOC变化


— 05 —

结论


为研究燃料电池汽车能量流和运行特点，基于两台标杆燃料电池汽车开展CLTC-P测试，并对比分析了电堆功率、动力电池功率、动力电池SOC和车速变化，结论如下：


1）被测车辆能量管理策略为功率跟随型，动力电池仅起到“削峰填谷”的作用。

2）较小车速时，电池SOC跟随车速变化。动力电池SOC整体保持在较高水平，且变动范围小于20%，平均值为80%左右。

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